一种生物质加压转化装置及其使用方法

摘要

本发明公开了一种生物质加压转化装置及其使用方法，该装置包括蒸汽发生装置和反应室两部分组成，通过控制装置，对各个部件的控制，实现水蒸气氛围下的生物质加压热转化过程的实验研究,能够对升温速率、热解终温，保温时间、反应压力等因素对生物质热解过程的影响开展研究工作，以期加速生物质热转化过程的研究，为生物质能源的大规模利用奠定一定的基础。

说明书

技术领域

本发明涉及生物质能源利用技术领域，尤其涉及的是一种生物质加压转化装置及其使用 方法。

背景技术

随着化石能源的的日益减少以及人类对燃料燃烧后产生的环境污染的关注，生物质以其 储量大、可再生、CO2零排放的优点受到越来越多的关注，目前有关生物质燃料合理利用成 为各国争相发展的课题。就目前发展看来，生物质取代煤、石油、天然气的关键在于将低品 位的生物质转化为高品位的能源，因而，生物质热解特性的研究极其重要。

目前国内外对生物质热解特性及其产物分布均开展了广泛的研究，众多学者对生物质常 压转化进行大量的研究工作，在加压转化方面研究较少。有研究报道采用加压热重天平研究 了压力、温度以及升温速率对生物质热解规律的影响，该实验可用于反应动力学参数的求解 和比较，对生物质燃料的合理利用有一定的指导意义，然而实验的局限性在于样品用量小， 催化剂添加方式、氛围气选择单一，导致热解规律的研究与反应过程放大之间的研究脱节。 同时加压热重实验的结果表明，同常压热解相比较，加压条件下生物质反应速率明显提高， 热解反应趋于更加激烈的过程。因此研究温度、压力、保温时间和催化剂的选择对转化产物 的组成和分布的影响,对生物质技术产业化的发展具有极其重要的影响。

目前现有的生物质加压热转化过程的设备不足，且存在操作工艺参数单一的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种生物质加压转化装置及其使用方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种生物质加压转化装置，包括蒸汽发生装置、反 应装置和控制装置，其特征在于，蒸汽发生装置包括蒸汽发生装置主体和蒸汽发生装置上端 盖，蒸汽发生装置主体为一端开口的圆筒状结构，蒸汽发生装置上端盖通过螺栓紧固密封蒸 汽发生装置主体，蒸汽发生装置上端盖上设置蒸汽发生装置热电偶，所示蒸汽发生装置热电 偶贯穿蒸汽发生装置上端盖伸入蒸汽发生装置主体内腔中，蒸汽发生装置主体外壁依次设置 蒸汽发生装置陶瓷加热板、蒸汽发生装置耐火层、蒸汽发生装置保温隔热层和蒸汽发生装置 外层保护密封钢板，蒸汽发生装置上端盖上还设置补水管路和高压蒸汽管路，补水管路一端 贯穿蒸汽发生装置上端盖通往蒸汽发生装置主体内腔，补水管路另一端连接补水管路阀，高 压蒸汽管路一端贯穿蒸汽发生装置上端盖通往蒸汽发生装置主体内腔，高压蒸汽管路另一端 连接高压蒸汽管路阀；

反应装置包括反应装置主体和反应装置上端盖，反应装置主体为一端开口的圆筒状结构， 反应装置上端盖通过螺栓紧固密封反应装置主体，反应装置上端盖上设置反应装置热电偶， 所示反应装置热电偶贯穿反应装置上端盖伸入反应装置主体内腔中，反应装置主体外壁依次 设置反应装置陶瓷加热板、反应装置耐火层、反应装置保温隔热层和反应装置外层保护密封 钢板，反应装置上端盖上设置进气管路和排气管路，进气管路一端贯穿反应装置上端盖通往 反应装置主体内腔，另一端通过三通管与催化剂控制阀和气氛气体控制阀连接，排气管路一 端贯穿反应装置上端盖通往反应装置主体内腔，排气管路另一端连接热解气控制阀，高压蒸 汽管路阀通过管路与气氛气体控制阀连接；

控制装置与蒸汽发生装置陶瓷加热板、蒸汽发生装置热电偶、反应装置陶瓷加热板和反 应装置热电偶连接。

作为优化，在反应装置主体与反应装置上盖板之间设置石墨垫片。

作为优化，在蒸汽发生装置上端盖上还设置蒸汽发生装置背压管路、蒸汽发生装置背压 表和蒸汽发生装置背压阀，蒸汽发生装置背压管路一端贯穿蒸汽发生装置上端盖通往蒸汽发 生装置主体内腔，另一端通过三通管与蒸汽发生装置背压表和蒸汽发生装置背压阀连接，在 反应装置上端盖上还设置反应装置背压管路、反应装置背压表和反应装置背压阀，反应装置 背压管路一端贯穿反应装置上端盖通往反应装置主体内腔，另一端通过三通管与反应装置背 压表和反应装置背压阀连接，蒸汽发生装置背压表与反应装置背压表与控制装置连接。

作为优化，还包括反应篮筐，反应篮筐设置于反应装置主体的内腔中，在反应装置主体 的内腔臂上部设置凸缘，凸缘用于悬挂反应篮筐。

本发明还提供了一种利上述生物质加压转化装置进行生物质加压转化实验的方法，其特 征在于步骤如下：步骤一、将盛放生物质样品的反应篮筐置于反应装置主体内腔中，通过反 应装置上端盖密封；步骤二、打开补水管路阀、高压蒸汽管路阀、气氛气体控制阀、催化剂 控制阀和热解气控制阀，用蠕动泵通过补水管路向蒸汽发生装置主体内加注水；步骤三、关 闭补水管路阀、高压蒸汽管路阀、气氛气体控制阀、热解气控制阀和催化剂控制阀，通过控 制装置开启蒸汽发生装置陶瓷加热板；步骤四、开启高压蒸汽管路阀和气氛气体控制阀，再 通过控制装置开启反应装置陶瓷加热板；步骤五、开启催化剂控制阀向反应装置中加注催化 剂后关闭催化剂控制阀；步骤六、打开热解气控制阀导出热解气；步骤七、通过控制装置关 闭蒸汽发生装置陶瓷加热板和反应装置陶瓷加热板，关闭高压蒸汽管路阀、气氛气体控制阀 和热解气控制阀，待装置冷却后，取出反应篮筐、称重。

本发明还提供了一种利用上述生物质加压转化装置进行常压干馏实验的方法，其特征在 于步骤如下：步骤一、拆下高压蒸汽管路阀与气氛气体控制阀之间的管路，将气氛气体控制 阀与氮气钢瓶连接；步骤二、将盛放生物质样品的反应篮筐置于反应装置主体内腔中，通过 反应装置上端盖密封；步骤三、关闭催化剂控制阀，打开热解气控制阀和气氛气体控制阀， 向反应装置中加注氮气来保证低氧条件；步骤四、通过控制装置开启反应装置陶瓷加热板； 步骤五、开启热解气控制阀，导出热解气；步骤六、关闭气氛气体控制阀、热解气控制阀和 反应装置陶瓷加热板，待冷却后取出反应篮筐、称重。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明生物质加压转化装置的主要部件为反应室， 协同控制装置，可以实现对升温速率、热解终温、保温时间、反应压力的控制，主要开展加 压条件下多因素下生物质热解综合实验，该发明的另一装置为蒸汽发生装置，该装置主要为 了解决目前高压蒸汽发生器大型化，难以用于一般实验室规模的使用，同时该装置以及催化 剂入口管路的协同使用，可以用于加压催化热解反应实验的进行。该装置充分考虑了目前加 压热解的主要影响因素，在一定程度地能够满足目前生物质加压热解过程的研究，以期为生 物质转化过程提供支撑。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，一种生物质加压转化装置，包括蒸汽发生装置100、反应装置200和控制 装置1，其特征在于，蒸汽发生装置100包括蒸汽发生装置主体6和蒸汽发生装置上端盖5， 蒸汽发生装置主体6为一端开口的圆筒状结构，蒸汽发生装置上端盖5通过螺栓紧固密封蒸 汽发生装置主体6，蒸汽发生装置上端盖5上设置蒸汽发生装置热电偶32，所示蒸汽发生装 置热电偶32贯穿蒸汽发生装置上端盖5伸入蒸汽发生装置主体6内腔中，蒸汽发生装置主体 6外壁依次设置蒸汽发生装置陶瓷加热板7、蒸汽发生装置耐火层8、蒸汽发生装置保温隔热 层9和蒸汽发生装置外层保护密封钢板10，蒸汽发生装置上端盖5上还设置补水管路3和高 压蒸汽管路281，补水管路3一端贯穿蒸汽发生装置上端盖5通往蒸汽发生装置主体6内腔， 补水管路3另一端连接补水管路阀33，高压蒸汽管路281一端贯穿蒸汽发生装置上端盖5通 往蒸汽发生装置主体6内腔，高压蒸汽管路281另一端连接高压蒸汽管路阀28；

反应装置200包括反应装置主体15和反应装置上端盖19，反应装置主体15为一端开口 的圆筒状结构，反应装置上端盖19通过螺栓紧固密封反应装置主体15，反应装置上端盖19 上设置反应装置热电偶24，所示反应装置热电偶24贯穿反应装置上端盖19伸入反应装置主 体15内腔中，反应装置主体15外壁依次设置反应装置陶瓷加热板14、反应装置耐火层13、 反应装置保温隔热层12和反应装置外层保护密封钢板11，反应装置上端盖19上设置进气管 路261和排气管路，进气管路261一端贯穿反应装置上端盖19通往反应装置主体15内腔， 另一端通过三通管与催化剂控制阀25和气氛气体控制阀26连接，排气管路201一端贯穿反 应装置上端盖19通往反应装置主体15内腔，排气管路201另一端连接热解气控制阀20，高 压蒸汽管路阀28通过管路与气氛气体控制阀26连接；

控制装置1与蒸汽发生装置陶瓷加热板7、蒸汽发生装置热电偶32、反应装置陶瓷加热 板14和反应装置热电偶24连接。使用时整个控制、数据显示以及温度数据的采集均由控制 装置1进行控制，主要通过蒸汽发生装置热电偶32和反应装置热电偶24采集温度与控制装 置1的配合来调节蒸汽发生装置陶瓷加热板7和反应装置陶瓷加热板14，对热解最终温度、 升温速率进行控制，为了保证数据的准确性和减少热惯性对控制过程的影响。

在反应装置主体15与反应装置200上盖板之间设置石墨垫片18。石墨垫片18耐高温， 适合在加热装置中作为密封件使用，可以防止装置漏气导致实验数据误差较大。

在蒸汽发生装置上端盖5上还设置蒸汽发生装置背压管路30、蒸汽发生装置背压表29 和蒸汽发生装置背压阀31，蒸汽发生装置背压管路30一端贯穿蒸汽发生装置上端盖5通往 蒸汽发生装置主体6内腔，另一端通过三通管与蒸汽发生装置背压表29和蒸汽发生装置背压 阀31连接，在反应装置上端盖19上还设置反应装置背压管路22、反应装置背压表23和反 应装置背压阀22，反应装置背压管路22一端贯穿反应装置上端盖19通往反应装置主体15 内腔，另一端通过三通管与反应装置背压表23和反应装置背压阀22连接，蒸汽发生装置背 压表29与反应装置背压表23与控制装置1连接。通过这样的设计能够灵活调节装置压力， 方便在不同压力条件下采集实验数据。

还包括反应篮筐16，反应篮筐16设置于反应装置主体15的内腔中，在反应装置主体15 的内腔臂上部设置凸缘17，凸缘17用于悬挂反应篮筐16。这样能够方便反应后热解固体产 物从反应室中及时取出，由于凸缘17的作用，其与反应室底端有一定的距离，防止液体产物 对固体生物质炭的准确称重。

实施例2

一种利上述生物质加压转化装置进行生物质加压转化实验的方法，其特征在于步骤如下： 步骤一、将盛放生物质样品的反应篮筐16置于反应装置主体15内腔中，通过反应装置上端 盖19密封；步骤二、打开补水管路阀33、高压蒸汽管路阀28、气氛气体控制阀26、催化剂 控制阀25和热解气控制阀20，用蠕动泵通过补水管路3向蒸汽发生装置主体6内加注水； 步骤三、关闭补水管路阀33、高压蒸汽管路阀28、气氛气体控制阀26、热解气控制阀20和 催化剂控制阀25，通过控制装置1开启蒸汽发生装置陶瓷加热板7；步骤四、开启高压蒸汽 管路阀28和气氛气体控制阀26，再通过控制装置1开启反应装置陶瓷加热板14；步骤五、 开启催化剂控制阀25向反应装置200中加注催化剂后关闭催化剂控制阀25；步骤六、打开 热解气控制阀20导出热解气；步骤七、通过控制装置1关闭蒸汽发生装置陶瓷加热板7和反 应装置陶瓷加热板14，关闭高压蒸汽管路阀28、气氛气体控制阀26和热解气控制阀20，待 装置冷却后，取出反应篮筐16、称重。

实施例3

一种利用上述生物质加压转化装置进行常压干馏实验的方法，其特征在于步骤如下：步 骤一、拆下高压蒸汽管路阀28与气氛气体控制阀26之间的管路，将气氛气体控制阀26与氮 气钢瓶连接；步骤二、将盛放生物质样品的反应篮筐16置于反应装置主体15内腔中，通过 反应装置上端盖19密封；步骤三、关闭催化剂控制阀25，打开热解气控制阀20和气氛气体 控制阀26，向反应装置200中加注氮气来保证低氧条件；步骤四、通过控制装置1开启反应 装置陶瓷加热板14；步骤五、开启热解气控制阀20，导出热解气；步骤六、关闭气氛气体控 制阀26、热解气控制阀20和反应装置陶瓷加热板14，待冷却后取出反应篮筐16、称重。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原 则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。